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气体在污水处理中的应用
杨冰倩 12化41 12234014
摘要：随着我国工业的快速发展，环境污染问题也变得日益严重，特别是在水污染方面的问题日益突出。本文分别探讨了氧气、臭氧和过氧化氢三种气体在污水处理中的应用，主要论述了氧气在污水处理的各个环节中所起的作用。
关键词：氧气　　臭氧　　过氧化氢　　污水处理　　应用
Application of Gas in Treating Wastewater
Abstract：With the rapid development of our country industry,theenvironmental pollution problem has become increasingly serious, especially in water pollution problem increasingly prominent.This paper discusses the three gas oxygen, ozone and hydrogen peroxide application in
wastewater treatment，mainly discusses the oxygen in the wastewater treatment of the role of each part
Key　words：Oxygen;Ozone;Hydrogen peroxide;Sewage treatment;application
活性污泥法处理污水通过空气供氧,向盛有活性污泥的曝气池中连续鼓入空气,以满足好氧微生物的生存、繁殖需要,从而改善活性污泥的性质,提高污水处理效果。除此之外，氧气在污水处理的其他环节也有作用，例如曝气池沉砂池，以及作为一种新型污水处理技术的曝气生物滤池。臭氧作为一种强氧化剂,不仅具有优异的消毒作用,而且在水处理中同时具有去除水中的色、臭、味以及一些无机化学物质。Ｈ２Ｏ２是一种全面有效的杀菌剂，杀菌速度快。本文通过以上三种气体来阐述气体在污水处理中的应用。
1.氧气在污水处理中的应用
1.1曝气沉沙池
曝气沉砂池就是在池的一侧通进空气的沉砂池。池内的污水在空气引导下成螺旋形向前流动(即旋流)。污水在这种周边到中心逐渐减少的旋流流速作用下,砂粒被带到池底的集砂槽中而被分离。污水中的有机物,包括从砂面上冲刷下来的污泥都处于悬浮状态,并随水流进入后面的处理构筑物。国外从五十年代开始研究和使用,当前应用已较普遍。从长期的运转实践证实了曝气沉砂池能够除去粒径小于0.6毫米以下的细小砂粒,而在沉砂中只含有微量的有机物。它还具有预曝气、脱臭、防止污水嫌气分解和去除泡沫、加速油类分离的功能。这些特性对沉淀池、曝气池、消化池的正常运转和砂的干燥脱水,提供了良好条件。曝气沉砂池的旋流速度是除砂的关键。这个旋流速度是由水的水平流速和曝气作用产生的上升速度共同作用下形成的。通过试验和实际运转经验得出,只要旋流速度保持在。0.25-0.35米/秒的范围内,都可获得较好的除砂效果。
向曝气池中充氧的方法很多，常用的是空气曝气法。因空气中仅含有约21％的氧气，故此法的效率不高．另一方法是氧气（氧含量>90％)曝气法，它是新开发的氧气应用技术。近二、三十年来，全低压空气分离制氧技术的发展使液氧供大大普及，而变压吸附与真空变压吸附制氧以及膜分离制氧技术的异军突起，更为现场供氧提供了新的选择途径。这些都为氧气曝气应用于活性污泥法创造了有利条件。氧气曝气法与空气曝气法相比，在能耗相同条件下，氧气曝气法的充氧量大大高于空气曝气法。
1.2活性污泥法
目前，活性污泥法是广为应用的污水处理方法之一。它的主要工序是对污水进行机械格栅、沉淀、曝气、二次沉淀等处理。其中，曝气过程是活性污泥法的核心部分。污泥中所含的大量微生物是以污水作营养物质，在氧气作用，可将污染物转化为CO２与Ｈ２Ｏ。当污水中氧含量低于一定值时，如低于2mg／L ，微生物的活力与作用明显降低； 若氧含量进一步降低，微生物就会死亡，活性污泥就会失去净化能力。因此，设法提高曝气池中的氧含量就成为活性污泥法的关键。曝气是一种常用的净水排污方法，主要是通过氧气的作用将水体中的物质析出的一个过程。曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用,而曝气池中气液两相流流动规律对曝气作用的影响又至关重要。
构成活性污泥法有3个基本要素：一是引起吸附和氧化作用的微生物，即活性污泥。二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微生物的食料。三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能发挥氧化分解作用。
活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成，如图1所示。

1.3曝气生物滤池
污水厂施工图设计时，一般流程是粗格栅、总泵站、细格栅、初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、消毒接触池，主反应段是曝气池。现在曝气生物滤池应用也相当普遍，把曝气池改为曝气生物滤池后可以省去二次沉淀池。
曝气生物滤池（结构如图二所示），是借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中，以滤池中填装的粒状填料（如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等）为载体，在滤池内部进行曝气，使滤料表面生长着大量生物膜，当污水流经时，利用滤料表面上所附生物膜中高浓度的活性微生物的强氧化分解作用和滤料粒径较小的特点，充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用，实现污染物的高效清除，同时利用反应器内好氧、缺氧区域的存在，实现脱氮除磷的功能。

2.臭氧在污水处理中的应用
臭氧一般用在污水的深度处理阶段，在排放之前的清水池或氧化池投加。其投加浓度取决于污水中的物质组成和要求达到的效果，一般由小试决定。无小试的通用投加浓度在10-15mg/L(氧气源)，由于各臭氧厂家臭氧浓度不同，投加浓度也有差别，如果是空气源的投加浓度要扩大5-10倍，臭氧浓度越高氧化性越强，效果也越好。随着工业技术的发展,利用臭氧进行排水处理及自来水净化处理引人注目。臭氧是一种强氧化剂,能将污水中微量臭味物质定量氧化而脱臭。同时臭氧也是一种广谱高效杀菌剂,其杀菌能力是氯气的600～3000倍,与氯相比,注人少量臭氧即可达到与氯同等的灭菌效果。用氯灭菌一般需15ｍｉｎ以上的接触时间,而用臭氧只要几分钟,从而缩短污水处理时间。再者,臭氧具有脱色作用。污水中常含有各种有色物质,用标准活性污泥法是难于除去,对这些溶解物质的脱色要用物理吸附与凝聚沉淀等物理化学方法才能除去,而臭氧能破坏带不饱和键发色基团,脱色容易。
臭氧消毒方法的优越性主要内容体现在以下几点：（1）臭氧可以分解难生物降解的有机物和三致物质，提高污水的可生化性。（2）臭氧是优良的氧化剂，可以杀灭抗氯性强的病毒和芽孢。（3）臭氧去除污水中的色、嗅、味和酚氯等污染物，增加水中的溶解氧，改善水质。（4）臭氧消毒受污水PH 值及温度影响较小，同时臭氧在水中易分解，不会因残留造成二次污染。
从19世纪末到20世纪中叶,臭氧主要用于水的消毒和除嗅除味。到20世纪60年代开始,一些发达国家如美国和加拿大,欧洲的德国、法国、英国、意大利、瑞士以及亚洲的日本重视环境保护和生态平衡, 提高了工业废水和生活污水的排放标准,促进臭氧在许多新应用领域得到发展:城市废水排出物的臭氧深度处理,以降低或消除表面活性剂,工业废水处理中用于破坏氧化物，并与其它方法(生物处理方法、物理法和化学法)的有机结合，如臭氧气浮法、曝气生物滤液一臭氧深度氧化法，取得了良好的效果。臭氧通常是以空气为原料制取，一般臭氧浓度为40～120mg/L。PSA技术现已被广泛用于制取低成本的臭氧，能耗降低。若气源为高纯度的氧气，臭氧的浓度会更高，达到1000ｇ/L以上。
3.过氧化氢在污水处理中的应用
斯密特1864年)发现过氧化氢(Ｈ２Ｏ２)具有杀菌的功能。用过氧化氢和絮凝剂联合处理废水，是对废水进行高级氧化处理，有时也可投入过氧化氢和硫酸亚铁制成Feton试剂，作为絮凝剂的助凝剂使处理效果更强。但由于工业上制取困难，使得它在水处理方面的实际应用受到了限制。现在可利用氨厂的弛放气，经变压吸附等方法制得氢气后，再用蒽醌法制成Ｈ２Ｏ２，成本较过去的电解法低，使Ｈ２Ｏ２替换氯作为水处理消毒杀菌剂成为可能。
根据国内外研究成果认为，Ｈ２Ｏ２是一种全面有效的杀菌剂，杀菌速度快。通过对人体传染的肠病原体和对工业循环冷却水中8大类菌所做的杀菌试验表明，Ｈ２Ｏ２对8大类菌都具有较强的杀灭作用,故Ｈ２Ｏ２可用作医院污水消毒和工业循环冷却水的杀菌灭藻剂。
同时，Ｈ２Ｏ２在有毒废水处理中，能处理多种无机和有机的有毒物质，其中处理最多和最有效的是硫化物、氰化物和酚类化合物。此外，Ｈ２Ｏ２还能脱除废水的气味和颜色，提高生化法处理废水的能力，并防止污泥膨胀。当处理废水所用的活性炭失效后，可用Ｈ２Ｏ２使其再生。
4．结语
我国工业的快速发生是以环境资源消耗，环境污染加重为代价的。环境保护问题已成为我国迫切需求解决的问题，污水处理作为环境治理的一个重要方面，已经得到了越来越多人的关注，而本文具体分析了氧气、臭氧和过氧化氢三种气体在我国污水处理中的应用现状，表明了气体在污水处理中有着广泛应用。气体在废水处理中的应用越来越广泛，工艺类型越来越繁多，纯氧曝气法、臭氧化法等污水处理方法正趋向于更加成熟的技术水平，并期望有更加广阔的发展前景。
参考文献
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